Neue Quantenpunkt-Technologie verbessert die Effizienz von Solarzellen

Ein Forschungsteam hat eine neuartige "pulsförmige" Lichtmethode entwickelt, um die elektrische Leitfähigkeit von PbS-Quantenpunkt-Solarzellen zu verbessern. Diese neue Technik, die den langwierigen traditionellen Wärmebehandlungsprozess ersetzt, erzeugt in regelmäßigen Abständen erhebliche Energie und verbessert somit die Effizienz erheblich und behebt Defekte, die durch Licht, Wärme und Feuchtigkeit verursacht werden. PbS-Quantenpunkte, die für ihren breiten Absorptionsbereich und geringe Verarbeitungskosten bekannt sind, sind nun für den kommerziellen Einsatz besser geeignet. Es wird erwartet, dass dieser Fortschritt die breitere Anwendung der Quantenpunkttechnologie in optoelektronischen Geräten erleichtert. Credit: SciTechDaily.com

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Jongmin Choi vom Fachbereich für Energiewissenschaft und -technik am Daegu Gyeongbuk Institut für Wissenschaft und Technologie hat erfolgreich einen "PbS Quantenpunkt" entwickelt, der in der Lage ist, die elektrische Leitfähigkeit von Solarzellen schnell zu verbessern. An diesem gemeinsamen Projekt waren auch Professor Changyong Lim vom Fachbereich für Energie- und Chemieingenieurwesen an der Kyungpook National University unter Leitung von Präsident Wonhwa Hong und Professor Jongchul Lim vom Fachbereich für Energieingenieurwesen an der Chungnam National University unter Leitung von Präsident Jeongkyoum Kim beteiligt.

Das Team hat eine Methode identifiziert, um die elektrische Leitfähigkeit durch den Einsatz von "pulsförmigem" Licht zu erhöhen, das in regelmäßigen Abständen erhebliche Energie auf konzentrierte Weise erzeugt. Diese Methode könnte den Wärmebehandlungsprozess ersetzen, der viel Zeit benötigt, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Es wird erwartet, dass dieser Ansatz die Produktion und Kommerzialisierung von PbS-Quantenpunkt-Solarzellen in der Zukunft erleichtert.

PbS-Quantenpunkte sind nanoskalige Halbleitermaterialien, die aktiv für die Entwicklung der Solarzellen der nächsten Generation erforscht werden. Sie können ein breites Spektrum an Sonnenlichtwellenlängen absorbieren, einschließlich Ultraviolett, sichtbares Licht, nahes Infrarot und kurzwelliges Infrarot, und haben aufgrund der Lösungsverarbeitung und hervorragenden fotoelektrischen Eigenschaften geringe Verarbeitungskosten.

Die Herstellung von PbS-Quantenpunkt-Solarzellen umfasst mehrere Prozessschritte. Bis vor kurzem galt der Wärmebehandlungsprozess als unerlässlich, da er eine Schicht von Quantenpunkten effektiv auf ein Substrat aufträgt und das Material wärmebehandelt, um seine elektrische Leitfähigkeit weiter zu erhöhen. Wenn jedoch PbS-Quantenpunkten Licht, Wärme und Feuchtigkeit ausgesetzt sind, kann die Bildung von Defekten auf ihrer Oberfläche beschleunigt werden, was zu einer Ladungsrekombination und Verschlechterung der Geräteleistung führt. Dieses Phänomen erschwert die Kommerzialisierung dieser Materialien.

Um die Bildung von Defekten auf der Oberfläche von PbS-Quantenpunkten zu unterdrücken, schlug ein Team unter der Leitung von Professor Jongmin Choi eine Wärmebehandlung vor, die die Punkte für eine kurze Zeit von einigen Millisekunden Licht aussetzt. Herkömmliche Techniken zur Wärmebehandlung von PbS-Quantenpunktschichten beinhalten das Erhitzen derselben für zehn Minuten bei hohen Temperaturen mithilfe von Heizplatten, Öfen usw.

Die von dem Forschungsteam vorgeschlagene "pulsartige Wärmebehandlungstechnik" überwindet die Mängel der vorhandenen Methode, indem sie starkes Licht verwendet, um den Wärmebehandlungsprozess in wenigen Millisekunden abzuschließen. Dies führt zur Unterdrückung von Oberflächendefekten und zur Verlängerung der Lebensdauer der Ladungsträger (Elektronen, Löcher), die elektrischen Strom erzeugen. Darüber hinaus erreicht sie eine hohe Effizienz.

"Mit dieser Forschung konnten wir die Effizienz von Solarzellen verbessern, indem wir einen neuen Wärmebehandlungsprozess entwickeln, der die Einschränkungen des bestehenden Quantenpunktwärmebehandlungsprozesses überwinden kann", sagte Professor Jongmin Choi vom Fachbereich für Energiewissenschaft und -technik an der DGIST. "Darüber hinaus wird erwartet, dass die Entwicklung eines Quantenpunktprozesses mit ausgezeichnetem Ripple-Effekt die weit verbreitete Anwendung dieser Technologie auf eine Reihe von optoelektronischen Geräten in der Zukunft erleichtert", fügte er hinzu.

Referenz: "Unterdrückung von thermisch induzierten Oberflächenfallen in kolloidalen Quantenpunktsolids mittels ultrakurzem gepulsten Lichts" von Eon Ji Lee, Wonjong Lee, Tae Ho Yun, Hyung Ryul You, Hae Jeong Kim, Han Na Yu, Soo-Kwan Kim, Younghoon Kim, Hyungju Ahn, Jongchul Lim, Changyong Yim und Jongmin Choi, 02. April 2024, Small. DOI: 10.1002/smll.202400380

Diese Forschung wurde unterstützt von dem Kreativen Alliierten Projekt des Nationalen Forschungsrats für Wissenschaft und Technologie von Korea, dem Projekt des Grundlagenforschungslabors der National Research Foundation von Korea und dem Regionalen Innovationsführenden Forschungszentrum für den Kohlenstoffneutralen Intelligenten Energiesystem der Kyungpook National University. Die Ergebnisse wurden online in der internationalen Zeitschrift "Small" veröffentlicht (Mitautoren: Eonji Lee, Doktorand, Abteilung für Energiewissenschaft und -technik, DGIST, und Wonjong Lee, MSc-Integriert-Student, Abteilung für Energietechnik, Chungnam National University).